牛圈子牧場(chǎng)三個(gè)泉子村節(jié)水灌溉工程設(shè)計(jì)方案研究與分析

卞建偉

【摘要】牛圈子牧場(chǎng)三個(gè)泉子村水利節(jié)水灌溉工程采用加壓滴灌，有效地利用了項(xiàng)目區(qū)灌溉地表水和地下水有機(jī)結(jié)合，既降低了工程造價(jià)，又使工程在短期內(nèi)發(fā)揮效益。

【關(guān)鍵詞】節(jié)水灌溉；加壓滴灌方案；應(yīng)用與分析

1、工程概況

項(xiàng)目所在地牛圈子牧場(chǎng)三個(gè)泉子村地處天山北簏，準(zhǔn)噶爾盆地南緣，山前沖洪積扇上部，距沙灣縣南部約30km、牛圈子牧場(chǎng)以南10km，項(xiàng)目區(qū)東至三個(gè)泉子村草場(chǎng)，南面和夾槽子村接壤，西至三個(gè)泉子村草場(chǎng)，北至克孜勒喬克村草場(chǎng)，屬寧家河灌區(qū)。

項(xiàng)目區(qū)利用現(xiàn)有主要輸水渠道，結(jié)合主要道路，合理布置滴灌系統(tǒng)，以達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)的最優(yōu)化。本次項(xiàng)目區(qū)灌溉面積201.3hm2，通過(guò)加壓滴灌項(xiàng)目的實(shí)施，項(xiàng)目區(qū)灌溉水源得到保證，灌溉保證率提高到90%?？蓽p少項(xiàng)目區(qū)地下水開(kāi)采，使項(xiàng)目區(qū)地下水水位有所回升，對(duì)灌區(qū)發(fā)展畜牧業(yè)有得天獨(dú)厚的有利條件。

2、基本資料

2.1 氣象。項(xiàng)目區(qū)位于亞歐大陸腹地，準(zhǔn)噶爾盆地南緣，遠(yuǎn)離海洋，氣候干燥，是典型的中溫帶大陸性干燥氣候特征。其氣候特點(diǎn)是夏季炎熱，冬季嚴(yán)寒，四季分明，降水量較少，蒸發(fā)量大，光照充足，熱量豐富，無(wú)霜期較長(zhǎng)，氣溫日差較大。全年太陽(yáng)總輻射量135-137kcal/cm2，平均日照時(shí)數(shù)2800h，日照百分率63%-65%。項(xiàng)目區(qū)多年平均氣溫4.3℃，最高氣溫25℃，最低氣溫-20℃。無(wú)霜期145d，最大凍土深1.6m。多年平均風(fēng)速2.0m/s，主風(fēng)向多為西風(fēng)和西北風(fēng)。

2.2 水文。項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)狀水源為寧家河河水，該河流的多年平均徑流量0.73億m3，年內(nèi)分配不均勻，6-8月徑流量占全年的67.6%，經(jīng)三個(gè)泉子主干渠分水，并通過(guò)三個(gè)泉子主干渠引至項(xiàng)目區(qū)，三個(gè)泉子主干渠為項(xiàng)目區(qū)年可供水量為75萬(wàn)m3。

2.3 工程地質(zhì)條件。項(xiàng)目區(qū)地勢(shì)比較平緩，基底構(gòu)造較為復(fù)雜，構(gòu)造軸向與天山主構(gòu)造線一致，呈近東西向延伸，發(fā)育著加里東、華力西、燕山、喜瑪拉雅等多回旋構(gòu)造層。地層為新生界第四系，為不同類型的陸相松散沉積。分布多為礫石層基巖。項(xiàng)目區(qū)地層上部為0.5m-1.5m的壤土，下部為200m-450m厚的卵礫石層，承載力大于200Kpa，能滿足項(xiàng)目建設(shè)建筑物的地基承載要求。

3、工程設(shè)計(jì)

3.1 工程總體布置。牛圈子牧場(chǎng)三個(gè)泉子村水利節(jié)水灌溉工程設(shè)計(jì)本著實(shí)事求是、科學(xué)研究、多方論證，盡可能因地制宜地采用先進(jìn)節(jié)水技術(shù)和經(jīng)濟(jì)耐用的建筑材料，盡量做到理論上可行、經(jīng)濟(jì)上節(jié)約。由于項(xiàng)目區(qū)條田、道路已成形，設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮原有布置。項(xiàng)目區(qū)水源主要為地下水，計(jì)劃實(shí)施滴灌工程面積31.40hm2，建設(shè)內(nèi)容為：共修建4套滴灌系統(tǒng)，自項(xiàng)目區(qū)引水閘口至田間滴灌管網(wǎng)由干管及分干管輸水，閘閥井54座，排水井45座，滴灌系統(tǒng)首部工程中新建沉砂池4座，配備KQW125/160-22/2水泵1臺(tái)，KQW200/320-37/4（Z）水泵1臺(tái)，KQW200/345-45/4（Z）水泵1臺(tái)，10KV輸電線路1720m，380V低壓線路600m，63KVA變壓器4臺(tái)。

3.2 工程設(shè)計(jì)

3.2.1 灌水器的選擇和布設(shè)。根據(jù)作物種類、種植方式、土壤類型、當(dāng)?shù)仫L(fēng)速、降雨以及新選用的灌水器類型，結(jié)合工程施工、管理、對(duì)農(nóng)田作物的影響及經(jīng)濟(jì)因素等，確定滴灌工程中滴頭和毛管的布置方式。

根據(jù)土壤質(zhì)地、作物需水特性及毛管布置方式，毛管選用WDF16/2.1-100單翼迷宮式滴灌帶，即額定滴頭流量為2.1L/h、滴頭間距0.3m，相應(yīng)的工作水頭為10m。

3.2.2 根據(jù)滴灌帶布置方式、作物種植模式和特點(diǎn)、土質(zhì)情況等情況，經(jīng)分析計(jì)算。玉米、番茄土壤濕潤(rùn)比分別是75%、65.0%。設(shè)計(jì)灌水定額玉米和番茄分別為32.63mm和31.42mm；灌水周期T為5.5（d，）一次灌水延續(xù)時(shí)間t為3（h/組）。

3.2.3 滴灌系統(tǒng)水力計(jì)算。本次設(shè)計(jì)將系統(tǒng)4滴灌系統(tǒng)作為典型工程，詳述其設(shè)計(jì)思路及方法如下。第一，輪灌方式，允許的最大輪灌組數(shù)；第二，設(shè)計(jì)流量推算；第三，灌水小區(qū)水力設(shè)計(jì)。

3.2.4 支管管徑的確定與水頭損失的確定。支管管徑選擇計(jì)算；支管進(jìn)口壓力經(jīng)計(jì)算為12.56m；出地管及分干管水力計(jì)算。

根據(jù)前面的計(jì)算分干管流量Q分=70m3/h，采用PVC管，取經(jīng)濟(jì)流速為1.5m/s，采用經(jīng)濟(jì)流速法計(jì)算分干管的管徑為：d=18.8

選用d=160mm（內(nèi)徑152.6mm）和d=200mm（內(nèi)徑190.8mm）的PVC管。

3.2.5 干管設(shè)計(jì)。干管管徑的選擇；節(jié)點(diǎn)壓力均衡驗(yàn)算：通過(guò)各節(jié)點(diǎn)壓力推算，將管徑作適當(dāng)調(diào)節(jié)；設(shè)計(jì)水頭計(jì)算

經(jīng)過(guò)一區(qū)滴灌系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)壓力均衡驗(yàn)算。采用經(jīng)濟(jì)流速法計(jì)算干管的管徑為d=200mm（內(nèi)徑190.8mm）的PVC管。

3.2.6 水錘壓力驗(yàn)算與防護(hù)。計(jì)入水錘后的管道工作壓力水頭為43.22m，比系統(tǒng)的0.4MPa管道允許壓力水頭的1.5倍（40×1.5=60m）略小，可無(wú)須進(jìn)行管道水錘防護(hù)措施；直接水錘的壓力水頭增加值ΔH。

3.2.7 其它配套設(shè)備。水源為井水，水質(zhì)良好適于農(nóng)田灌溉，所含雜質(zhì)較少，首部選用一組“離心+網(wǎng)式”過(guò)濾器即可，其型號(hào)選擇應(yīng)根據(jù)其過(guò)流量（系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量）確定。首部設(shè)置施肥罐、壓力表、閥門等。

3.2.8 設(shè)計(jì)基本參數(shù)技術(shù)指標(biāo)。土壤類型：砂壤土，土壤容重：r=1.45（g/cm3）；田間灌溉水利用系數(shù)：η=0.90；作物日耗水強(qiáng)度：E=5.8（mm/d）；田間土壤持水率25%；作物設(shè)計(jì)濕潤(rùn)深度：h=50（cm）；有效降雨強(qiáng)度：P0=0（mm/d）；灌水均勻系數(shù)選用95%。

4、工程方案分析

4.1 所選加壓滴灌既節(jié)水，又提高作物產(chǎn)量。項(xiàng)目區(qū)地勢(shì)平坦，北高南低，適宜種植作物為玉米和番茄，傳統(tǒng)地面灌溉灌水不均勻，水的利用率低。即使采用低壓管道灌溉，只解決了渠道輸水損失，田間灌水不均勻問(wèn)題仍無(wú)法解決。由于灌區(qū)原有機(jī)井，具有加壓條件，修建加壓滴灌比較合理，既節(jié)水，又提高作物產(chǎn)量，也適于作物的種植。

4.2 充分采用加壓滴灌，加快了施工進(jìn)度。采取直接抽取井水加壓滴灌即直接換泵，管道施工不影響灌溉，施工方便、此方案加快了施工進(jìn)度。

4.3 采用加壓滴灌，減少工程投資。采用加壓滴管，投資相對(duì)較小，年運(yùn)行費(fèi)用少，建設(shè)期不影響生產(chǎn)灌溉，工期較短。若采用沉淀池二次加壓滴灌，投資相對(duì)較大，年運(yùn)行費(fèi)用大，建設(shè)期影響生產(chǎn)灌溉，工期較長(zhǎng)。